CN104335601B - 具有集成电力、音频信号和控制分配的音频系统 - Google Patents

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Abstract

控制与分配系统向诸如受电式扬声器元件或信号调整装置(如机架安装式放大器)的一个或多个音频部件提供电力分配、音频信号分配和控制信号分配。本发明的实施方式允许监测和/或控制系统的端点处或附近的参数和/或部件。相对于系统的仅较高的水平参数，这些参数或部件包括与外部音频装置相关联的低级参数。控制与分配系统可以包括用于以在线或离线模式将电力提供给外部音频装置的被选部件的不间断电源。在一些实施方式中，在不向外部音频装置内的放大器提供电力的情况下，在线备用电力被提供给低功率部件。

Description

具有集成电力、音频信号和控制分配的音频系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年3月20日提交的题为“具有集成电力、音频信号和控制分配的音频系统”的第61/613,364号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开大体涉及电力、音频信号和控制信号在用于统称为声音增强的应用的音频系统中的分配。具体地，本公开涉及电力、音频信号和控制信号在利用功率放大器、信号处理设备和音频网络部件的音频系统中的分配。
背景技术
数十年来，扬声器箱组件的大型阵列已经是产生用于音乐会制作和表演安装的高声压水平的标准。因为这些组件随后被连接在一起以形成具有期望的几何形状、功能和性能的阵列，更复杂的扬声器箱组件现在经常被称为阵列元件，当组装成一组以供使用时被称为扬声器阵列。在几乎所有大型场所的应用中，阵列通过电动链起重机利用附接到阵列元件的装配硬件升高到观众上方。该过程被称为“放飞”声音系统。一旦阵列处于空中，其被称为“飞行”。
数十年来，从设备机架中的功率放大器向扬声器阵列提供放大的信号，如果阵列堆叠在地面上则设备机架定位在阵列之后的地面水平处、或者如果阵列用装配设备升高到空中(飞行)则设备机架定位在阵列的下方。在一些情况下，放大器机架可以用飞行阵列提升或放置在例如体育场中的高位天桥上。在大型演唱会中，每个阵列可能需要20-50千瓦的电源电力。大型系统最经常地由220-230伏的三相电源供能。
放大器的机架通常提供有调整的音频信号，其中该音频信号特定于 阵列元件内音频转换器的需求，并且放大器向上述阵列元件供电。典型的音频信号是模拟或数字的。
在更复杂的示例中，根据各种音频与控制输入设计功率放大器。网络端点、数字音频和模拟输入对音频信号的输送而言是常见的，而控制可以经由专用的串行线、以太网或其他IP传输来输送。DSP通常添加至这种放大器，并且被物理地建立在放大器内，并且电学上在其输入级之前。诸如这些放大器的放大器可以被称为网络处理式放大器。
在过去的十年中，小型专业用扬声器系统中的常见做法是将一个或多个功率放大通道放置在扬声器系统内，并且提供连接以向放大器供能和向放大器供应音频信号。
这允许了制造商定义与控制变换器与放大器之间密切配合的关系。在这种系统中，在其输送到受电式扬声器前，发送到扬声器的信号一般在用户可编程DSP中被处理。DSP中的程序配置成频谱地划分信号，并且进一步将其均衡化以实现来自扬声器的期望响应。因此可使成本和性能的优化最大化。这种扬声器被称为受电式扬声器。然而，因为操作者可能错误地将DSP配置给扬声器，所以这种结构存在限制。
稍微更复杂的扬声器设计是将DSP并入到扬声器箱组件中。该步骤确保系统的操作者一直维持变换器、电力与DSP之间的正确匹配。诸如这些扬声器的扬声器可称为供电与处理式扬声器。
在更先进的系统中，信号经由网络音频传输到扬声器系统。该配置允许声音系统架构的更创造性的控制以及添加用户友好的元素。尽管有其复杂性，但是因为小型扬声器最经常采用在技术人员可访问的位置，诸如这些系统的小型系统一般不产生不可逾越的操作性问题。
用于最大型音频系统中的受电式阵列元件已经使用了超过十年。受电式阵列元件的组件通常被称为受电式阵列。市场中，这些系统中的第一种采用简单的供电和音频信号连接方案。通常，具有锁定插头和插座的橡胶包覆的线缆(软管线缆)用于利用电源电压激励放大器。音频信号经由独立的屏蔽线缆馈送到阵列元件。
在目前使用的最近的示例中，电力和信号首先馈送到紧凑型机架安装式模块。在该处，它们被结合到单个多针连接件，并且随后经由设计 成输送信号和电力的多导体线缆传送到受电式阵列元件。
在大多数情况下，需要附加信号收发器用于传输系统控制数据或从受电式阵列元件收集的信息。在音频信号是在导体的双绞线上AES/EBU传输的示例中，可能需要附加的导体。在使用网络化音频的示例中，所有所需的信息均可以经由网络交换。
不幸的是，尽管集成了系统部件的优点，但是受电式阵列已被证明是操作困难，并且容易出现与音频信号的间断相关联的问题。这种系统中的音频信号的间断导致非常高的费用。在大批观众面前表演的高薪表演者、向全国演讲的国家元首和向成千上百的追随者演讲的宗教领袖均例示音频系统故障的所带来的影响。
音频信号在受电式阵列系统中的间断可能是例如因功率放大器的控制损失、DSP系统的控制损失和/或音频网络信号的损失导致的。当这些问题发生时，因为大多数系统在使用时处于飞行状态，所以这些问题因电子器件的访问性差而被加剧。
与电力和/或信号或控制传输的损失相关联的具体问题在于受电式阵列元件内的电子部件恢复所需的时间。根据电力故障，电激励音频部件的恢复时间千差万别。通常，较旧的模拟部件将以最少的时间延迟重启。因为大多数装置包括在可供使用前必须重启其软件或固件的类型的CPU或微处理器，所以数字音频装置通常消耗较长时间来恢复。
因为装置必需首先重启其内部软件并且随后重新连接到网络上的其他装置，所以音频网络装置是在重启时最容易出现延迟。在一些情况下，因为网络配置信息的丢失，可能遇到显著的附加延迟。例如，在伴随着不稳定的电气干扰的电力故障后，网络连接与配置可能需要过多的时间来恢复。一些延迟可能导致网络瘫痪，而网络瘫痪可能需要系统工程师调试好几个小时。
鉴于受电式阵列元件的这些问题，一些用户出于冗余的目的采取诸如运行平行模拟线路和/或网络线路的步骤。具体地，网络音频信号的稳定性受一些与以太网类网络相同的限制(如对于电力波动的稳定性)的影响。
这些问题可能是因许多原因(如将阵列元件和电子器件暴露给恶劣 的环境条件)而发生的，其中上述原因可能干扰电气性能。受电式阵列元件的其他限制包括设计过程的复杂性，阵列元件的增加的重量，以及目前缺乏行业标准。
受电式阵列目前不遵守行业标准，但是已更广泛地接受该概念。另一方面，有些厂家声明强调他们将不会参与任何受电式阵列元件的研发。缓慢接受这种技术的一个原因是缺乏普遍接受的网络音频标准。该原因是由于许多专有的硬件解决方案，其中许多缺乏由标准化和大规模生产导致的复杂性。如上所述，另一方面是阵列元件内的电子技术在任何故障模式中难以控制和无法访问服务的看法。
还应注意，虽然这些问题在供能与处理式阵列中最明显，在阵列中网络化的传统受电式扬声器可能易于产生相似的问题。虽然放大器和网络电子器件是更易受影响的，但是功率波动和间断可能同样地干扰网络和音频信号完整性。
一些系统用户已尝试使用不间断电源(UPS)将备用电力提供到扬声器阵列。UPS电池电压通常为12至72VDC。在小型UPS中，电池可以是处于电压范围的下部的单个单元，而在大型UPS中，电池包括通常连接成串并联电路的多个单元。通常，提供240伏的逆变器输出的UPS具有不超过72VDC的电池电压。
逆变器输出电压和功率通常根据要求发生变化。在北美用于个人计算机的小型UPS具有115伏的输出电压和数百瓦的容量。大型工业UPS可能具有高达600瓦的三相输出和超过50千瓦的容量。
为了将备用电力提供给扬声器系统，UPS需要向给阵列供电的放大器供应满电力。典型的单个高受电式阵列元件需要能够供应约2-3千瓦输入电力的UPS；这种元件的大型阵列需要超过50千瓦的输入电力。阵列典型地由220-240瓦的三相电源供能。同样的计算适用于受电式阵列以及传统阵列。
那种尺寸的典型UPS会占用近一立方米的空间、重量稍大于一吨并且在操作期间消耗大于15,000BTU。此外，可用的UPS是在假设存在备用发电机电力的情况下设计的。典型的电池寿命小于五分钟。在大部分应用中，这种尺寸和配置的UPS因此并不是用于音频系统的实用解决方案。
发明内容
控制与分配系统向诸如受电式扬声器元件或信号调整装置(如机架安装式放大器)的一个或多个音频部件提供电力分配、音频信号分配和控制信号分配。本发明的实施方式允许监测和/或控制分布系统内的参数和/或部件，或可位于系统的端点处或附近且附接至系统的装置内的参数和/或分量。这些参数或部件包括与外部音频装置和相关联的分布系统相关联的低级参数。仅相对于在这种系统中通常可观察的更高级参数，传统系统中的监测通常不能得到这些低级参数。控制与分配系统可以包括用于以在线或离线模式将电力提供给外部音频装置的被选部件的不间断电源。在一些实施方式中，在线备用电力被提供给低功率部件，而不将电力提供给外部音频装置内的放大器。
相应地，在一个方面中，提供了用于操作一个或多个外部音频装置的音频、控制和电力分配系统，该系统包括：
用于接收外部电源电力并且基于外部电源电力提供用于一个或多个音频装置的主电力的输入电力接口；
用于接收音频信号的一个或多个输入音频接口；
提供为用于外部音频装置的输出接口，其中该输出接口配置成将主电力、音频信号和控制信号提供给外部音频装置；
用于发送和/或接收控制信号的收发器；以及
可操作地联接至收发器以生成和/或处理控制信号的处理器。
该系统还可以包括用于接收控制信号的一个或多个可选控制输入。此外，该系统还可以包括显示装置，其中该显示装置提供用于交互地观察和操作音频、控制和电力分配系统和连接至该系统的音频装置的各方面的控制和操作性用户界面。
通过参照下面的详细描述和附图，可以实现对于本公开的功能方面和有利方面的进一步理解。
附图说明
下面将参照附图，仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，在附 图中：
图1是示出包括与扬声器箱组件联接的控制与分配单元的示例性音频系统的框图；
图2是示出了系统内的不间断电源的操作的框图；
图3是示出包括与扬声器箱组件联接的主控制与分配单元和从控制与分配单元的另一示例性音频系统的框图；
图4示出了主-从控制与分配系统的示例性实施方式，其中(a)示出了主单元的立体图，(b)示出了主单元的后板；
图5示出了主-从控制与分配系统的示例性实施方式，其中(a)示出了从单元的后板，(b)示出了从单元的前板，(c)示出了从单元的立体图；
图6示出了单机箱型控制与分配系统的示例性实施方式，其中(a)示出了单元的前板，(b)示出了单元的后板，(c)示出了单元的立体图；以及
图7示出了包括主-从控制与分配系统的机架安装式系统的(a)前视图和(b)后视图。
具体实施方式
下面将参照下面所讨论的细节对本公开的各实施方式及其方面进行描述。下面的描述和附图用于说明本公开，而不应解释为限定本公开。为了能够全面理解本公开的各实施方式而描述了多个具体细节，然而，在某些情况下，出于提供对本公开实施方式的简洁描述的目的，未对公知或常规的细节进行描述。应理解，只要方法保持为可操作的，那么本文中公开的方法的步骤的顺序并不重要。此外，除非另有指示，否则两个或更多步骤可以同时执行或者以与本文中记载的顺序不同的顺序执行。
本文中所使用的术语“包括(comprises)”及“包括(comprising)”应解释为开放性的包括，而非排他性的。特别是，当用于说明书和权利要求中时，术语“包括(comprises)”及“包括(comprising)”及其变型是指包括所描述的特征、步骤或部件。这些术语不应理解为，排除其 他特征、步骤或部件的存在。
本文中所使用的术语“示例性(exemplary)”是指“作为示例、实例或说明”，而不应解释为相比本文中公开的其他配置是优选或有利的。
当结合颗粒的尺寸范围、混合物的成分或其他物理性质或特征使用时，本文中所使用的术语“约(about)”和“近似(approximately)”旨在涵盖可能存在于尺寸范围的上限和下限中的微小变化，而不排除平均满足大多数尺寸、但在统计上可能存在处于此区域外的尺寸的实施方式。本公开不旨在排除诸如这些的实施方式。
本文中所使用的术语“扬声器箱组件”和“阵列元件”是指可以包括音频转换器、用于相关的低频和中频转换器的空气体积的箱、喇叭或波形音腔及相关转换器、装配硬件(经常称为飞行硬件)、放大器、散热器、数字信号处理硬件或网络硬件、或上述的一些组合的扬声器组件。应理解，“扬声器箱组件”和“阵列元件”还可以包括专业音频领域的技术人员所熟知的其他部件。
本文中所使用的术语“模拟信号”是指连续变化的电信号。模拟信号通常通过具有导体及接地导体的屏蔽双绞线的线缆传输；所使用的连接件通常是几十年来一直在使用标准3针XLR。
本文中所使用的术语“数字音频信号”是脉冲编码调制信号。数字音频信号可以符合用于数字音频的AES/EBU规格，并且可以通过与上述的模拟线缆和连接件相似的线缆和连接件传输。信号路径可以类似于典型的模拟布局，其中离散信号从一个设备上的连接件传输到另一台设备上的连接件。
本文中所使用的“网络音频信号”是指编码的音频信号的形式，其中给编码的音频信号遵循网络协议(如互联网协议(IP))在连接和设备的网络上作为数据被中继。例如，一些音频网络与以太网规格相似、或者为以太网规格的一部分，并且分别可以被称为音频IP传输或AVB。该传送线缆可以与具有Cat 5/6线或光纤的以太网相同。
本文中所使用的术语“数字信号处理器”(DSP)是指用于处理音频信号的一个或多个处理器。DSP可以通过将音频信号分割成多个频带并且提供音频水平的均衡和控制以获得期望的声压水平(SPL)来处理音频信 号。DSP数字地执行处理，并且可用于符合任何类型音频信号的输入和输出。在一些示例中，用于音频系统的DSP可以设置为独立的机架安装式电子部件。
在文中所使用的术语“受电式扬声器”是指这样的扬声器，其中该扬声器包含专用于该扬声器的操作的放大器。
本文中所使用的术语“受电与处理式扬声器”是指，出于调整用于扬声器内的放大器的音频信号的目的，还包含有DSP的受电式扬声器。
本文中所使用的术语“网络化处理式放大器”是指具有板载DSP并且具有接收音频和控制信号的能力的放大器。
本文中所使用的术语“受电式阵列元件”是指被设计为阵列的元件的受电式(以及可选地处理式)扬声器。
本文中所使用的术语“受电式阵列”是指受电式阵列元件的阵列。
本文中所使用的术语“不间断电源”或UPS是指能够至少在电源电力供给装置出现故障的情况下提供电力的电源。UPS可以是离线UPS或在线UPS，将在下面对这两者进行进一步详细描述。
本公开的实施方式提供了一种控制与分配系统，该系统用于向诸如受电式扬声器元件或信号调整装置(如机架安装式放大器)的一个或多个音频部件提供电力分配、音频信号分配和控制信号分配。不同于用于管理音频系统的各方面的现有方法，本实施方式允许监测和/或控制系统的端点处或其附近的参数和/或部件。这些参数或部件包括仅与系统的更高级参数相对的、与外部音频装置相关联的低级参数。
图1提供了示出一个示例性实施方式的框图，其中中央控制与分配单元(CDU)100用于向一个或多个外部音频装置200-202分配电力、音频信号和控制信号。CDU 100包括用于安装连接件和线缆以接收和发送电力和音频信号的机箱或者其他物理结构。出于说明的目的，图1示出了供能与处理式扬声器箱组件200作为示例性外部音频装置，其中，该供能与处理式扬声器箱组件200包括放大器202、音频转换器204和DSP 206。应理解，远程音频装置可以是其他类型的音频装置，例如，可包括或可不包括受电式放大器的非处理式扬声器箱组件、以及与扬声器箱组件(如供能处理式放大器)物理分离的机架安装式放大器和/或DSP单元。虽然系统示 出为向多达三个音频装置200-202分配电力和音频信号，但是应理解，可连接至CDU 100的外部音频装置的最大数量不旨在限制为三个装置。
CDU 100包括用于接收外部电源电力112的电力输入接口102和用于接收输入音频信号114的一个或多个音频输入接口104。外部电源电力112可以是能够为连接有CDU 100的音频装置200-202提供足够且适当的电力的任何电源。例如，外部电源电力112可以是三相AC电力。
输入音频信号114可以是任何合适的电音频信号，包括一个或多个模拟音频信号、数字音频信号或网络音频信号。在一些实施方式中，输入音频信号114可以包括外部控制信号，其中，外部控制信号可以根据数字编码和/或网络协议用输入音频信号进行编码。例如，外部控制信号可以用网络音频信号上的输入音频信号(如AVB信号)进行编码。如在下面进一步讨论的那样，包括在音频信号114中的外部控制信号可以通过网络管理系统(NMS)提供。
CDU 100配置成通过输出接口120向音频装置200-202分配在电力输入接口102处接收到的外部电源电力112。在图1中由线122表示从集成输出接口120至扬声器箱组件200的电力分配。例如，在外部电源电力112为三相电力并且存在有三个外部音频装置200-202的一个实施方式中，三个输出接口120可用于各自向每个音频提供单相电力，这将在下面的示例中进行进一步描述。
CDU 100还向音频装置200-202提供音频/控制信号分配。在一个实施方式中，在音频输入接口104处接收到的音频信号114经由CDU 100而传送至集成输出接口120，而不加修改和/或转换。在图1中由线124表示从集成输出接口120至扬声器箱组件200的音频信号分配。
除向音频装置200-202提供电力和音频/控制信号分配以外，CDU 100还通过集成输出接口120向音频装置200-202分配控制信号。提供控制信号以监测和/或控制与音频装置200-202相关联的一个或多个参数或电气部件，其中该控制信号可以是双向的。在图1中由线表示从集成输出接口120至扬声器箱组件200的控制信号分配。
在一个实施方式中，如在下面的示例中进一步描述的那样，可以通过容纳多个合适电导管的单个线缆提供对于给定音频装置的电力、音频 信号和控制连接。相应地，用于向给定音频装置分配电力、音频信号和控制信号的给定集成输出接口120可提供为用于连接至单个线缆的单个连接件接口。在另一示例性实施方式中，一个或多个输出接口可提供为用于向给定音频装置分配电力、音频信号和控制信号的两个或更多连接件。在另一示例性实施方式中，输出接口中的一个或多个可包括用于向给定音频装置传输音频信号和/或控制信号的无线收发器(例如，电无线收发器或光无线收发器)。
控制信号可以根据各种各样的信号格式和传输和/或数据封装协议中的任一个或多个进行传输。在一个实施方式中，在例如但不限于RS232或RS485、或SPI的串行连接上提供控制信号。在其他示例性实施方式中，可提供成基于诸如以太网上IP和AVB的协议的封包形式的控制信号。相应地，CDU 100包括用于通过控制信号发送和接收控制和/或监测数据的中央控制信号收发器125，其中中央控制信号收发器125与集成输出接口120通信，以向音频装置200-202分配控制信号和从音频装置200-202接收控制信号。
为了接收分配的控制信号、分配的电力和分配的音频信号，集成接口设置在连接至CDU的每个音频装置200-202中。例如，如图1所示，扬声器箱组件200包括集成扬声器接口205，其中集成扬声器接口205通过分配路径122接收电力、通过路径124接收音频信号、以及通过路径126接收控制信号。如上所述，可通过容纳多个合适电导管的单个线缆提供对于给定音频装置的电力、音频信号和控制连接。这种线缆可通过单个连接件接口205接纳在扬声器箱组件200处。
如图1所示，与CDU 100相似，扬声器箱组件200包括用于接收由CDU 100分配的控制信号和向CDU 100回送控制信号的控制信号收发器210。控制信号路径可以与每个外部音频装置200-202内的一个或多个监测装置215和/或一个或多个控制器220(或者处理器/CPU225)联接，以用于监测和/或控制外部音频装置200-202的参数和/或部件。处理器225还可提供为用于与CDU 100通信和/或处理通过控制信号收发器210接收的指令。
可通过CDU 100在外部音频装置200-202内监测和控制各种的参数和/或部件。为了支持给定参数或部件的监测，合适的监测装置215被包括在 外部音频装置200-202内。例如，为了监测电流，提供了合适的电流监测装置(如电流变换器)。相似地，为了控制外部音频装置内的给定的部件，可提供合适的控制装置220(诸如OP AMP和FET开关)。
在外部音频装置包括受电式放大器的一个示例中，控制信号可用于监测与热度/温度(诸如散热器温度、PCB温度)相关联的参数。控制信号还可监测与功耗(诸如电源输出和/或每条信道的功率)相关联的参数。
在所示的外部音频装置200为扬声器箱组件的示例中，控制信号可监测电信号的复阻抗，其中该电信号输送至位于扬声器箱组件内的一个或多个扬声器元件。例如，对变换器的阻抗曲线的监测允许评估变换器的健康状况。可通过控制信号监测的、与扬声器元件的健康状况相关联的其他示例性参数包括音圈温度、振膜位移和嗡嗡声/摩擦/失真。
其他监测的参数可包括位置信息，例如使用测斜仪或其他定向或安置感测装置的悬置阵列元件的定向角。在一些系统中，给定阵列元件的角度和位置能够使用定向或定位装置来控制，并且控制信号可用于通过CDU 100可选地使用来自监测的角度感测或位置感测装置的反馈来控制阵列元件的角定向或位置。例如，可通过驱动螺钉的马达(例如，步进马达)控制阵列元件的角定向，其中螺钉(直接或间接)接触阵列元件的位置以改变阵列元件的倾斜(其他可控的角度定向和定位装置对本领域技术人员是已知的)。相似地，马达驱动的齿条齿轮装置可用于控制阵列元件的相对定位。在这种示例性实施方式中，CDU100可以被编程或以其他方式指示，以驱动马达，从而改变阵列元件的角定向。
在其他实施方式中，可以通过控制信号来监测或控制用于感测或控制扬声器箱组件或阵列元件的位置和/或定向的其他装置。例如，控制信号可以用于打开或关闭连接至扬声器箱组件的激光指示器。
除监测以外，控制信号可用于积极地控制(可选地根据采用反馈的控制回路)音频系统的一个或多个参数或部件。
在一个实施方式中，控制信号还可用于控制与热度/温度相关联的参数。例如，控制信号可用于控制冷却扇。控制信号还可用于远程控制外部音频装置200-202内的部件。例如，控制信号可用于使与外部音频装置200-202共存的放大器关闭和/或上电或掉电。相似地，控制信号可用于使 外部音频装置200-2002内的端点关闭和/或上电。在另一示例性实施方式中，控制信号可用于控制存在于外部音频装置200-202中的DSP，其中，控制信号例如可以选择DSP的输入，以及选择或控制DSP的数字滤波功能(例如，通过选择预设的滤波器)。
可以被监测的其他示例性端点参数包括音频信号的状态、AVB或以太网端口状态、端点电源状态、备用信号和备用电压。另外，如图1所示，外部音频装置中的端点可以包括一个或多个处理器225(以及未示出的相关联的硬件，如存储器和电源)，并且软件或固件运行处理器的任意或所有方面可以经由控制信道通过CDU 100监测和/或控制。例如，在一些扬声器箱组件中，一个或多个远程计算装置(处理器、芯片、模块等)可提供为用于诸如管理网络连接、本地控制端点音频装置(例如，DSP或放大器)或其他端点电子装置以及执行诊断的任务。
在一些示例性实施方式中，端点处理器可以运行用合适的驱动器或应用进行编程的操作系统如LINUX。控制信号可用于处理器及其相关联的驱动器或应用的监测，包括监测状态、健康状况、错误条件、默认设定等。控制信号还可用于控制处理器及其相关联的驱动器或应用，诸如上传新的设定或参数、报告错误编码和调试。在一个实施方式中，这可以使用看门狗定时器(watchdog timer)或相关诊断工具来实现，其中看门狗定时器或相关诊断工具的状态可以经由控制通道传输至CFU 100。
如果外部音频装置包括DSP部件，则控制信号可用于监测DSP处或DSP之后的信号状态。此外，在一些音频系统的实施中，放大器可以检测扬声器处的信号，并且将该信息提供给DSP。DSP程序随后可以改变限制器或音频水平。提供给DSP的信息和/或通过DSP进行的改变可以通过控制信号从DSP报告回去。此外，在许多实施中，DSP将具有“预设”滤波器配置，“预设”滤波器配置具有描述它们的名称或编号。预设ID可以通过控制信号中继回CDU100，并且控制信号可以由CDU 100可选地采用，以例如通过选择预设滤波器ID来控制DSP。
在一些实施方式中，外部音频装置中的一个或多个可以包括网络部件。相应地，控制信号可用于监测、以及可选地控制网络部件。例如，可检测网络部件的状态，并且可监测和/或控制网络参数如本地IP地址。 这种装置的一个示例是网路交换机，可包括这种网络交换机作为整个音频系统的部件。
除监测外部音频装置200-202的参数或部件以外，可以通过监测器130在CDU 100内执行其他监测。例如，可监测CDU内的本地电气参数，诸如电流、电压、音频信号的状态(例如，主音频信号，以及可选地例如辅助/备用/冗余信号)。可以被监测的其他示例性参数包括输入的外部电源电力112的参数以及外部电源电力112的整体品质，其中，输入的外部电源电力112的参数包括每个线上的电流消耗、电压输入、频率输入和相位角输入。
控制信号还可以监测UPS 135(如果存在)的状态。可以被监测的UPS 135的参数包括逆变器输出、充电器状态、充电电流和电池状态。
如图1所示，CDU 100还包括一个或多个处理器140(例如，中央处理单元)和通过总线110与处理器140联接的一个或多个存储器部件145。存储器145可以包括RAM、ROM和/或其他存储装置。存储器140可以存储用于控制CDU 100的低水平操作的基础输入/输出系统(“BIOS”)。存储器还可以存储用于控制CDU 100的操作的操作系统。应明确，该部件可以包括诸如Windows、UNIX或LINUXTM的通用操作系统、或诸如iOSTM、AndroidTM、Windows MobileTM的专用的客户端通信操作系统、或另一操作系统。操作系统可以包括Java虚拟机模块或者与Java虚拟机模块联接，Java虚拟机模块通过Java应用程序使得能够控制硬件部件和/或操作系统。
存储器140还可包括一个或多个数据存储元件，其中除其他的之外，该一个或多个数据存储元件可由CDU 100利用以存储可执行指令和/或其他数据。指令、数据或其他信息还可存储在CDU 100内的另一存储介质如硬盘、快闪式存储器上，或者存储在外部存储装置上。
CDU 100可以通过网络接口150与其他计算装置可选地通信。例如，CDU 100可配置为与诸如电脑、膝上式电脑、上网本、智能电话或平板电脑的一个或多个外部计算装置、或者与诸如以太网交换机的其他网络部件、或者与主-从配置(将在下面进一步描述)中的从装置通信。在一个实施方式中，网络接口150支持与网络管理系统(NMS)的通信。相应地，网络接口150包括用于将CDU 100耦接至一个或多个网络或外部计算装置 的电路，并且被构造成为用于一个或多个通信协议和技术，其中该一个或多个通信协议和技术包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、用户数据报协议(UDP)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、SMS、通用分组无线业务(GPRS)、WAP、超宽带(UWB)、IEEE802.16全球微波互联接入(WiMax)、SIP/RTP、蓝牙TM、红外线、Wi-Fi、Zigbee、或多种其他无线通信协议中的任一种。网络接口150有时被称为收发器、收发装置、或网络接口卡(NIC)。
显示器155可以是液晶显示器(LCD)、气体等离子、发光二极管(LED)、或者与计算装置一同使用的任意其他类型的显示器。显示器155还可以包括设置成从对象(如触控笔或人的手指)接收输入的触摸感测屏。
CDU 100可以包括用于从用户接收输入的一个或多个输入装置160。例如，可提供小型键盘、键盘、鼠标、按钮、旋钮、或触觉界面，以用于接收用户输入如命令或可执行指令。可替代地，如上所述，用户输入可以通过触屏显示器、或者通过与CDU 100联接的外部计算装置(例如，膝上式电脑、智能电话、或平板电脑)提供。
可以通过一个或多个微处理器和/或存储器来实施本公开的实施方式。例如，上述的功能可以部分地通过微处理器中的硬件逻辑并且部分地使用存储在存储器中的指令实施。一些实施方式使用微处理器实施，而不用存储在存储器中的另外的指令。一些实施方式使用存储在存储器中通过一个或多个通用微处理器执行的指令实施。因此，本公开不限于硬件和/或软件的具体配置。
相应地，CDU 100可以包括合适的计算元件和资源，以响应于用户输入或可执行指令来处理控制信号、显示或另外通信监测的参数或部件、以及可选地控制参数或部件。例如，在一个实施方式中，CDU 100可通过编程或用户输入配置成控制反馈配置中的一个或多个参数或分量，其中通过监测提供用于控制参数或部件的反馈信号。CDU 100的软件能力因此可以包括声音系统控制功能，以使得操作者可以例如通过控制信号回应从声音系统部件收集的信息。如上所述，该信息可以包括与外部音频装 置相关联的详细的低水平信息。
在一个实施方式中，CDU 100包括用户界面，其中用户界面可以采取人机界面(HMI)的形式并且提供CDU 100与用户或操作者之间的交互。如上所述，这种交互可以包括CDU 100的任意或所有方面的监测和观察。可以直接通过CDU 100(例如通过显示器155)、或者通过与CDU 100联接的外部计算和/或显示装置提供HMI。例如，HMI可以显示关于CDU 100的状态(如电力的存在、电池的电荷状态或与CDU 100的连接中的任何连接的状态)的信息。HMI由此提供用于声音系统操作、维护和/或故障排除的、方便的集成用户界面。
对于该信息的操作者回应可以包括控制可用音频信号的分配、接通或关断具体装置的音频信号、限制放大器的输出功率或者如可以被认为是对于系统、装置或部件而言适当的任何其他功能。图1中示出的示例性系统可以根据其他各种实施方式进行修改。例如，为了改善系统的弹性，CDU 100可以分配辅助或备用音频信号、控制信号和/或电力。此外，可以通过包括电力断路器或开关(如用于外部电源电力112和用于输送至外部音频装置200-202的输出电力的电力断路器)来提供弹性。
如上所述，本公开的实施方式允许用户通过集成控制与分配单元执行外部音频装置的参数或部件的直接监测和/或控制。这种系统可以通过提供独立于场馆公众区(frontof house)(FOH)网络管理系统(NMS)的后台监测而对于专业音频安装是有用的。
例如，当FOH NMS不可用或不可操作时，CDU可用于监测和/或控制。这可能发生在例如声音系统的安装或拆卸过程中，这时能够获得监测信息和/或声音系统的控制方面是有用的。
此外，虽然许多大型表演或事件将提供有音频系统的FOH管理，但是通常在较小的表演或事件中FOH是不存在、未连接或无人的。例如，这可能是进行较小演出的剧院、以及舞会厅、礼堂、酒店或可以主办诸如会议或婚礼的较小或中等规模事件的场地中的情况。在这种情况下，本实施方式提供允许监测和可选地控制外部音频装置而没有设置和/或管理FOH的费用和复杂性的集成系统。
即使是当NMS可用时，CDU 100可用于执行利用NMS无法实现的监 测和/或控制。例如，外部音频装置的低水平参数和/或部件通常无法用于通过NMS进行的监测和/或控制。
CDU 100还提供由非FOH NMS用户的用户(诸如后台用户、或拥有或负责音频系统的用户)进行的、与可以使用FOH NMS执行的监测并行地独立监测，例如故障安全监测。独立监测使后台用户能够监测FOH用户可能不感兴趣的参数，如音频转换器或其他音频部件的健康状况。例如，如果给定音频装置因FOH用户的操作而遇到问题或者可能潜在地出故障或遭受损坏，则后台用户可以采用CDU 100来监测音频装置并且可选地通过抢先的动作来控制音频装置，如在发生损坏之前关掉音频装置。
在另一实施方式中，系统可以包括例如通过平板电脑进行的麦克风输入。处理器可配置成执行初步性性能测量，诸如相位(极性)检查、和/或系统的扫频。这种性能测量可以有利地在FOH的设置和使用前执行。
在一个实施方式中，音频信号114包括也通过集成输出接口120分配至外部音频装置200-202的一个或多个辅助/备用/冗余音频信号。辅助音频信号可以与主音频信号类型相同，或者可以根据一个或多个其他音频信号格式提供。例如，在一个示例性实现方式中，主音频信号可以是网络音频信号(例如，根据AVB协议)，辅助音频信号可以是模拟或数字音频信号。
相似地，控制信号可以是用辅助或备用控制信号路径分配至外部音频装置200-202的主控制信号。辅助控制信号可以与主控制信号类型相同，或者可以根据不同的格式提供。
除了提供用于音频信号和控制信号的分配的冗余以外，CDU 100可以向存在于外部音频装置200-202内的被选电子部件可选地进一步分配备用电力。
为了应对由系统中的音频放大器的电力要求支配的扬声器系统的满电力需求，典型的单个高受电式阵列元件需要能够供应约2-3千瓦的输入电力的UPS，并且这种元件的大型阵列需要超过50千瓦量级的输入电力。如上述记载，这种尺寸的典型UPS会占用近一立方米的空间、重量一吨多并且在操作期间消耗大于15,000BTU，从而使得这种方案昂贵且不切实际。
通过比较，接收信号并向声音系统的各部分发送信号的扬声器箱组件内的非放大电气部件消耗显著少的电力。例如，具有八个输出通道的基于DSP的音频装置通常消耗20至30瓦特。具有24个端口的以太网音频交换机可能会消耗稍多于50瓦特。
相应地，本公开的一些实施方式提供了这样的系统，其中备用电力提供为用于电气部件的选定子集、而不向系统的音频放大器提供满备用电力。这种实施方式使UPS能够并入CDU 100内，而没有过量的电力、尺寸和费用要求。例如，在一个示例性实施方式中，备用电力被提供到具有比额定阈值电力低的电力要求的部件。在一些实施方式中，向音频系统的给定部件提供在线UPS备用电力的额定阈值电力可以是约10W、20W、50W和100W。
根据UPS或其他形式的备用电力被提供至非放大部件的被选实施方式，在电力故障(例如，娱乐环境中的大型电力故障)情况下，可提供声音系统的至少一部分的继续操作。如将在下面进一步详细描述的那样，包括这种UPS(图1中示出为135)的系统可避免连接丢失以及对于关键电子信号部件的重启需要。此外，控制信号可用于提供UPS的各方面(例如，电池充电器参数)的监测、设定UPS电力对于各种装置的可用性。
相应地，在一个实施方式中，CDU 100可配置成为连接至UPS 135的被选电子部件提供不间断电力(电池)备用。UPS可以是离线(或备用)UPS、或在线(或双变换)UPS、或能够执行离线和在线功能的UPS(如将在下面进一步描述的那样)。通过UPS提供备用电力的电子部件可以存在于外部音频装置中和/或CDU 100内。还应注意，虽然在图1中将UPS135示出为集成在CDU 100内，但是将UPS提供为系统的外部部件也是可能的。
在一个实施方式中，可采用在线(双变换在线)UPS，该在线(双变换在线)UPS通过使用整流电路将所有负载电力连续地从取自电源的交流(AC)电变换成直流(DC)电。直流电流用于维持电池的电荷并且供给AC逆变器，其中该AC逆变器将DC电力变换回处于所需电压的AC电力并且将其提供给负载。双变换在线UPS在任何时候都将AC从逆变器供给到其负载，而不止是在电源故障期间。因此，UPS被描述为“在线”。所有 的电力首先在整流器中从AC变换成DC，然后从DC变换成AC，因此使用术语“双变换”。在电源故障后，唯一变化是充电器停止对电池充电并且电池向逆变器供电。对负载的电力供给中不存在间断，但代价是损失效率。整流器和逆变器通常以小于85％的效率运行，并且连续利用所导致的电力成本承受全负载。
这种实施方式例如可实现在包括通过CDU 100提供信号和激励的网络式、受电式扬声器的声音系统中，其中信号和电力在常用的线缆中结合在一起，或者信号和电力可引导至常用的电激励装置。CDU 100内的UPS可配置成以这样的方式在常用的线缆内或者向常用的装置提供UPS电力，以使得向被选电气部件(例如，具有选择的功能和/或功耗)提供UPS电力而不向其他电气部件(例如，关键操作不需要的或功耗超过UPS的限制的那些电气部件)提供UPS电力。通过这种方式，在电力间断期间，CDU 100可以将其可用的存储电力仅引导至被选电气部件的操作维护。
在一个示例性实施方式中，CDU 100向所有连接装置诸如功率放大器、数字信号处理器和音频网络交换机提供外部电源电力112，而仅向网络部件提供在线UPS电力。因为通信网络如以太网不会良好地回应电力故障，并且较之传统设备通常需要更长时间来重启，UPS电力对网络部件的选择性施加在许多方面改善了音频系统并且限制了UPS的所需尺寸。如果电力故障持续时间短，则当电力恢复到系统的剩余部分时，功能网络将仍然准备好在整个声音系统上提供信号。如果电力故障持续时间长，在UPS电池的用完之前，系统操作者将有足够的时间有序地关闭网络。
在包括需要单独电力输入的机架安装式网络部件的声音系统，CDU 100可以提供足够数量并且具有充足容量以维持所有被选部件的电力的一组专用电力插座(例如，在在线UPS模式中)。这种机架安装式网络部件的示例包括交换机、路由器、和/或网络使能式DSP。
在UPS向被选部件提供在线电力的一些实施方式中，给定部件可以供给有来自在线备用电力的辅助电力和(例如，通过外部电源电力提供的)主电力。部件可配置成选择适当的电源以供操作期间使用。例如，部件可以包括感测电路以感测主电力的存在与否，并且部件可以被编程或者以其他方式配置成只要存在主电力则选择主电力作为输入电力，以及当 主电力不存在时选择辅助电力作为输入电力。在一些实施方式中，主电力和辅助电力可以提供有不同的电压(例如，主电力230V，辅助电力36V)，并且部件能够接受任一电源作为输入电力。在一些实施方式中，如将在下面进一步描述的那样，辅助(备用)电力可以是通过低电压额定线如通信线分配至外部音频装置的低电压电力(例如，小于40V、和/或约36V)。
在一个实施方式中，CDU 100被编程为在电力间断的情况下通过控制信号将电力间断状况传达给外部音频装置内的电气部件。例如，CDU 100可以被编程为向外部音频装置中的放大器(或向外部音频装置内配置成控制放大器的合适的控制器)发送指令以停止再生成音频信号(被称为“关闭”放大器)。相应地，在一个实施方式中，CDU 100可以被编程为通过控制信号控制位于连接至CDU 100的外部音频装置内的放大器，以减小音频信号的振幅、终止再生成，从而减小功耗。
在一个示例性实现方式中，UPS可以通过三相电源供给，并且可以是配置成当电力在任意或所有相位上不可用时将电力提供至任意相位的三相UPS或单相UPS。
在另一实施方式中，UPS为离线UPS，离线UPS仅当外部电力112故障时通过逆变器从电池提供电力。在正常使用期间消耗的唯一电力是将电池维持在充电状态所需的电力。当使用离线UPS时，绕过闲置或完全关闭的逆变器直接由电源电力供给负载。因此，逆变器被描述为“离线”。在出现电力故障时，逆变器被激活，并且继电接触器将电源从负载断开而将逆变器连接至负载。作为接触器延迟的结果，对于负载的供电中会出现瞬间间断。下面将参照图2对该实施方式及其变型进行进一步描述。
在一个实施方式中，CDU 100可以向声音系统的受电式扬声器内的所有受电式部件提供UPS电力。这种实施方式可以在存在于受电式扬声器中的部件的电力要求足够低以使得可由UPS输送电力时被实现。
现在参照图2，提供了示出示例性实施方式的简化框图，其中CDU 100内的电源电力和备用电力分配配置成用于按照电源电力的损失向外部音频装置内的放大器提供至少一部分备用电力。千瓦级逆变器如能够提供2KW范围的电力的逆变器可以被认为是该方案的示例性实施。虽然该功率 可能不足以满足外部音频装置30-34中的放大器的满电力需求，但是其可以提供高至足以维持操作和潜在地提供一些功能的一部分功率要求。
在该示例中，虽然UPS可以用作用于外部音频装置中被选低功率部件的在线UPS(如前面的实施方式中描述的那样)，但其还可以用作用于向外部音频装置中的放大器提供备用电力的离线UPS，以使得放大器的至少一部分电力要求通过由UPS提供的备用电力满足。应理解，虽然图2中仅示出了用于向放大器供电的离线UPS连接路径，但是如上所述，可以形成从UPS至其他非放大器(即，低功率)部件的其他在线连接。
如图2所示，在指示为MB1(10)的三相主断路器处可得到外部电源电力。在输入端子(L1、L2&L3)上接收电力。MB1(10)用作与电源电力断开的点，并且用作CDU 100的过电流保护。电力从MB1的输出端子(T1、T2&T3)传送至三个单刀双掷接触器(C1、C2&C3)。在电源电力可用的示例中，C1、C2&C3从T1、T2&T3接收电力，并且将电力传输到三个对应的断路器(CB1、CB2&CB3)。
电力供给至外部扬声器阵列中的多个放大器及相关联的电子器件，其中该外部扬声器阵列由分别包含放大器A1、A2和A3的外部音频装置30、32和34表示。还提供了中性连接以完成电路。在该示例中，中性部对于电路中的所有部件是公共的，并且被记为N。
根据本实施方式，当电源电力可用时，电池充电器12从电源电力，如图2所示，经由T3以及与示出为N的系统中性部的连接进行激励。电池充电器12通常将AC电源电力变换成适于待被充电的电池15的DC电压，并且另外提供充电过程的控制和管理。因此被激励的电池15接着向AC逆变器20提供DC电压。
在电源电力存在的情况下，逆变器20通过UPS电池15连续地激励。通过电池15的DC输出，逆变器20连续地产生AC电力，AC电力可用于激励控制电路40，其中控制电路40经由如虚线所示的多个控制与通信线监测并控制UPS和电力分配模块的行为。
可通过线LM1、LM2&LM3监测电力的存在；通过线CC1、CC2&CC3控制接触器C1、C2&C3；通过线INV监测和控制逆变器20的状态；通过线BAT监测和控制电池充电器12；以及通过线AMP(如图1中所示，线AMP 在此处表示外部地连接至外部音频装置的控制信号)监测和控制在每个阵列元件中的放大器及相关联的电子器件的某些方面。这些控制与通信线可以根据要求自然地变化。在该示例中，控制信号可以是DC电压、AC电压或通过RS485协议提供通信的导体对。
如上所述，本示例中UPS充当用于控制电路并且可选地用于音频系统中的其他低功率装置的在线UPS。在电力故障的情况下，控制电路(和其他连接的部件)将通过电池15和逆变器20不间断地运行。下面将更详细地描述作为用于音频系统中的放大器及相关联电子器件的离线备用的UPS的功能。
应注意，包括高功率阵列元件(如用于音乐会中的扬声器元件)的扬声器阵列要求过大而实际不能实施的UPS，以提供全部备用电力。然而，在本示例性实施方式中，UPS充当用于提供外部音频装置中的放大器的至少一小部分电力要求的离线UPS。
在通过一个或多个监测装置感测电力故障后，CDU 100通过控制信号指示外部音频装置(例如，外部阵列元件)内的外部放大器关闭输出。大约同时，接触器C1、C2&C3被激励，从而导致了与逆变器输出的连接。逆变器电力随后通过CB1、CB2&CB3传送至阵列元件内的放大器和电子器件。
可管理该顺序的时序以维持音频系统的操作。为了管理该顺序和操作的时序，可以考虑确定是否发生电力故障所需的时间和关闭放大器所需的时间。此外，可以通过考虑连接至离线UPS的所有装置的电源性质和向上述装置供给电力的逆变器的特性来协调顺序和时序的管理。
在本示例性实施方式中，CDU 100可以可选地以60和/或50Hz的AC电力运行。因为50Hz AC的正弦波具有较长的周期，所以这代表本示例中最差设计的情况，并且这里将采用这种情况。50Hz正弦波的周期是20ms。可能需要总周期为30ms的三个半波来确定是否已发生电力故障。
通过典型扬声器元件传送的最低音频为30Hz，并且周期为33ms。为了关闭音频信号而不生成点击或弹出声音，可以在这样的时间间隔期间执行关闭操作，其中该时间间隔约等于或大于通过系统传输的最低频率的一个周期。这样支持在电力故障后约60ms完全关闭放大器。
典型的接触器(如C1、C2&C3)具有约35ms的致动时间。因此，如果接触器的致动约与关闭命令同时开始，则逆变器在非常接近实现完全关闭的时间点供给电力。
包含电容的所有电源需要有限量的时间来释放存储在其电容器中的电力。在放大器在满操作负载下的情况下，释放可以特别快，时间低至100ms。在电子设备的设计中，可能的是在灵敏部件(如微处理器)附近战略性地放置附加电容，以使得电源电压的起伏(例如，短期掉电)不会重启CPU。为了改善对于逆变器电力的切换的稳定性和功能，根据需要可以增大受影响装置的电源中的电容。
在如T1、T2&T3所示的相位中任一个上的电源电力损失的情况下，控制电路的功能为感测损失并且致动相关联的接触器(C1、C2或C3中的一个)。三相电力包含各自相位彼此旋转120的三个独立正弦波。来自逆变器的输出是单个正弦波。当三个接触器中的任一个从电源电力切换至逆变器电力时，将发生电源线的相位偏移。当所有三个接触器切换至逆变器电力时，系统将单个相位电力供给至阵列元件。典型设备中的电源不受这种相位偏移的影响。
虽然包括备用电力的分配的上述实施方式集中在备用电源集中于CDU 100内的实施方式上，应理解，系统可以包括一个或多个分布式备用电源，例如可充电电池。在一些实施方式中，控制信号用于控制在音频系统内一个或多个地点处主电力与备用电力之间的故障切换。
在上述两个示例中，本领域技术人员应理解，多个音频信号分量携带被认为是用于系统重启的关键的外部控制信号。另外，应注意，虽然在许多情况下典型的是外部控制信号被编码在音频信号中并因此由相同的导体和由相同的音频信号分量携带，但是在一些实施方式中，外部控制信号可携带在分别的导体中。因此，在一些示例性实施方式中，CDU 100将UPS备用电力提供给外部音频装置中接收和发送外部控制信号的部件。
如上所述，除了初始或主信号路径、控制信号和电力以外，CDU可以提供冗余辅助音频信号路径、控制信号路径和/或备用电力。
在主音频信号故障的情况下，辅助信号可以进行取代，由此维持声音系统的完整性。该故障切换可这样来实现，即通过监测主音频信号的 状态，并且切换成通过集成输出接口120分配辅助音频信号，而不是主音频信号。因此，CDU 100和/或外部音频装置200-202可以包括控制器、处理器、或控制音频信号的选择与路由的其他合适装置。
可替代地，主音频信号和辅助音频信号可以从集成输出接口120分配至外部音频装置200-202，并且控制信号可用于在外部音频装置内，例如通过控制器220(如图1所示)将主音频信号切换成辅助信号。相似地，可为控制信号提供冗余和故障切换能力。例如，在一个实施方式中，CDU 100可以将主音频信号和辅助音频信号(例如，模拟信号和数字信号)同时提供给外部音频装置，其中外部音频装置内的控制器或处理器可以选择对于其目的最佳的信号。
虽然图1示出了单个中央CDU 100用于电力、音频信号和控制信号的分配的实施方式，但是应理解，图1中示出的实施方式仅仅是一个示例性实施方式，并且可以实现其他配置、而不背离本公开的范围。例如，如图3中所示，系统可实施成主-从配置，其中主控制与分配单元(MCDU)300联接有两个或更多从控制与分配单元(SCDU)350，并且其中每个SCDU 350联接有一个或多个外部音频装置360。
在图3中示出的示例性实施方式中，MCDU 300可以包括处理器140、存储器145、网络接口150、可选的显示器155、可选的输入装置160，如图1中示出的实施方式那样。同样地，MCDU 300充当中央控制器和接口装置，如图1的单个单元的实施方式中那样。MCDU 300还包括经由控制信号路径126将控制信号数据发送至一个或多个SCDU 350和从一个或多个SCDU350接收控制信号数据的主控制信号收发器126。MCDU还将控制信号数据发送至外部音频装置360以及从外部音频装置360接收控制信号数据，但这是通过每个SCDU 350中的从控制信号收发器352介导的。
除了发送和接收控制信号以外，MCDU 300还经由路径128将通过MCDU 300的UPS135产生的备用电力分配给一个或多个SCDU 350。应注意，输入电力经由主电力输入116被提供到MCDU 300(用于给UPS和其他内部装置供电)。SCDU 350从MCDU 300接收备用电力，并且将备用电力与集成输出接口120处音频信号、控制信号和主电力的输送聚集起来。因此，SCDU 350执行聚集音频信号、控制信号和电力输出和经由集 成接口将这些音频信号、控制信号和电力输出提供至一个或多个外部音频装置360的作用。如图1中示出的实施方式的情况下，主电力连接路径122、音频信号连接路径124、控制信号连接路径126和备用电力连接路径128可以聚集到单个线缆中，其中该单个线缆被提供至每个外部音频装置360。
在图3所示的示例性实施方式中，主电力经由SCDU 350提供至系统，而不是集中地经由MCDU 300。这使得高的净电力通过系统可用，并且简化MCDU 300的设计和操作。例如，通过由SCDU 350提供三相主电力，可对用于每个SCDU 350的外部音频装置360做出三个单相输出连接。因此，这种实施方式改善了系统的整体可扩展性。此外，在CDU 300的UPS 135不将备用电力供给至音频系统的放大器而仅将备用电力供给至相对低功率电子部件(如网络和DSP)的实施方式中，单个UPS可配置成满足包括系统的备用要求，其中该系统具有多个从装置(SCDU)并且多个外部音频装置用于每个从装置。提供了以下示例以使得本领域技术人员能够理解并且实现本公开的实施方式。这些示例不应认为是对本实施方式范围的限制，而仅被认为是说明性和代表性的。
示例
图4和图5示出并例示了根据上面公开的主/从CDU实施方式的音频系统的实施，示出了与外部连接件、开关和显示装置相关联的机箱。图4(a)-(b)提供了示例性MCDU 400的视图，该MCDU 400包括前板402、后板404、箱406、触屏显示器408。图5提供了示例性SCDU500的视图，该SCDU 500包括前板502、后板504和箱506。前板402包括机架安装孔405。
参照示出MCDU 400的后板404的图4(b)，串行端口410提供为用于将控制信号或数据发送给MCDU 500和从MCDU 500接收控制信号或数据。还示出了用于在以太网上与MCDU通信的、或者用于连接至外部计算装置的以太网端口415。在(由开关421控制的)电力连接件420处提供外部电力，而在线UPS电力经由通过开关426控制的输出连接件425被提供到多达三个从SCDU 500。对于每个从装置而言，在430和431处分别提供了三个附加电力连接件以及对应的开关，以将在线UPS电力提供给音频系 统的附加部件(如机架安装式DSP和网络设备)。USB端口440(和图5中的USB端口540)提供为用于执行软件更新。
参照示出SCDU 500的后板504的图5(a)-(c)，三相电力连接件505被连接到电源电力。SCDU 500配置成用于向三个外部音频装置分配主电力、备用电力、音频系统和控制信号。经由连接件505接收的电源电力传送至SCDU 500中，并且终止于三极断路器510处，其中该三级断路器510提供与电源供应装置电气断开的装置，并且作为用于线缆的过电流保护。
SCDU 500还接收用于每个外部音频装置的连接件530处的主AVB和辅助AVB音频，并且还经由全范围音频输入连接件540和/或低、中和高范围音频输入连接件545接收另外的备用音频信号(模拟或数字)。串行端口580提供为用于发送和接收控制信号和/或数据。以太网端口570提供为用于连接到MCDU 400，或连接到外部计算装置，其中MCDU400用于可选控制和状态监测。
在电力连接件550处接收来自MCDU 400的UPS电力输出的备用电力。拨动开关560提供为用于手动地接合来自UPS电力的离线部分的电力。
三个多针连接件(512、514和516)提供在用于经由单个线缆连接至外部音频装置的集成连接件/接口中，其中每个多针连接件包含用于主电力、备用电力、音频信号和控制信号的触头。在本实施方式中，每个连接件(512、514和516)提供来自存在于三相电力连接件505处的三相之一的电力。三个断路器520将电力供应给三个多针连接件，并且提供过电流保护和用于线缆及与其相连的设备的电气断开的装置。
如上所述，UPS可以充当在线UPS，从而将在线备用电力提供给外部音频装置中的低功率部件。该在线备用电力可以经由连接至连接件512、514和516的线缆内的低额定电压线(例如，通信线)输送至外部音频装置。UPS可以可替代地或另外地充当这样的离线UPS，其中该离线UPS用于在电力故障的情况下通过快速地从电源输出切换到SCDU 500内的逆变器的输出而将电力提供给外部放大器。如上所述，为了足够快速地执行备用电力以关闭远程放大器，可以按照适当的顺序并且利用适当的时序实现切换，如上文所述的那样。
图6(a)-(c)示出了提供了结合MCDU 400和SCDU 500的功能的单 个CDU 600的实施方式。CDU 600包括前板602、后板604、箱606和触屏显示器608、和内部UPS(未示出)。
在用于每个外部音频装置的连接件630处接收主AVB音频信号和辅助AVB音频信号，并且还经由全范围音频输入连接件和/或低、中和高范围音频输入连接件640接收另外的备用音频信号(模拟或数字)。经由连接件612、614和616控制信号和/或数据被发送到外部音频装置或者从外部音频装置接收。以太网端口670和串行端口680提供为用于连接到外部计算装置。输出备用电力连接件650和655提供为用于将在线备用电力可选地提供给另外的外部装置(如网络交换机和/或DSP装置)。
如图4和图5中所示的实施方式中，三个多针连接件(612、614和616)提供在用于经由单个线缆连接到外部音频装置的集成连接件/接口中，其中每个多针连接件包含用于主电力、备用电力、音频信号和控制信号的触头。在本实施方式中，每个连接件(612、614和616)提供来自存在于三相电力连接件605处的三相之一的电力。四个断路器520将来自电源输入连接件605的电力供应给三个多针连接件，并且提供过电流保护和用于线缆及与其相连的设备的电气断开的装置。
图7示出了包括一个MCDU 400、两个SCDU 500、两个DSP单元700和两个网络交换机单元710的机架安装式主-从系统，其中图7(a)示出了正视图，图7(b)示出了后视图。在本示例中，网络音频是主音频信号，并且模拟音频提供故障切换信号。通过网络交换机710提供网络交换，并且由可编程DSP单元700提供模拟音频。SCDU可选地将在线备用电力提供到网络交换机710和DSP单元700。
如上所述，本公开的实施方式采用了用于系统的各部件之间的通信的多个不同协议。下面公开了可采用的其他协议：用于子系统之间(例如，外部UPS与CDU 100之间、和CDU100与外部音频装置之间)的数据通信的RS485；例如，用于系统调试(例如，UPS主板与PC之间、PDS主板与PC之间、端点板与PC之间)的RS23；用于装置之间(例如，CDU和/或UPS中的能量测量/监测装置与处理器之间、通信模块(CM)的CPU与D类放大器(CDA)的CPU之间、通信模块(CM)的CPU与端点模块的CPU之间)的数据通信的SPI；用于计算机网络上的数据通信(例如， UPS(UPS背面处的连接件)上的控制与数据库访问、CDU上的控制与数据库访问)的以太网；用于在支持音频/视频流(例如，对于端点模块(EP)(经由CDU背面的连接件)的音频流、端点(经由PDS背面的连接件)上的控制与数据库访问、通过基础AVB网关生成的视频流)的计算机网络上的数据通信的以太网AVB；用于装置控制和通信(例如，UPS CPU与逆变器模块之间、UPS CPU与电池充电器模块之间、UPS CPU与触摸屏之间、CDU CPU与LED控制之间、CMCPU与测斜仪之间、CM CPU与ID恢复IC之间、CDA CPU与温度传感器之间)的I2C(内部集成电路(Inter-integrated Circuit))；用于装置之间(例如，端点模块上的DSP引擎与AVB网关之间、端点模块上的音频编解码器与DSP引擎之间、基础AVB网关上的AVB CPU与音频编解码器之间)的时分音频通信的I2S(集成内部芯片音频(Integrated Interchip Sound))，用于与子系统的便携式数据通信或者用于UPS单元(UPS背面处的连接件)(例如，用于PDS单元(PDS背面处的连接件)的固件更新和文件传送、用于音箱的固件更新和文件传送(经由UPS背面处的连接件))的硬件更新或文件传送的USB(通用串行总线(Universal SerialBus))；用于板载系统编程和调试(UPS的主板上、CDU的主板上、通信模块上、D类放大器上、端点模块上)的JTAG；以及其他协议，上述其他协议包括但不限于蓝牙(无线)(例如，用于短距离装置通信的UPS和CDU上；例如，键盘、鼠标和耳机)、CAN总线(控制器局域网络(Controller Area Network))(用于远距离装置控制的UPS和CDU上)、以及SCSI(小型计算机系统接口(Small Computer System Interface))(例如，用于大型数据存储的UPS单元)。
通过示例的方式给出了上述的具体实施方式，但应该理解，可以对这些实施方式做出各种修改和替代。还应该理解，权利要求书并不限于本文公开的具体形式，而是涵盖了落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同和替代。

Claims (39)

1.一种音频、控制和电力分配系统，用于向一个或多个外部音频装置提供冗余的电力、音频和控制，并包括：
输入电力接口，用于接收外部电源电力以向所述一个或多个外部音频装置提供主电力；
多个输入音频接口，用于接收主音频信号和辅助音频信号，其中每一主音频信号具有在其中编码的相应的主控制信号；
收发器，用于发送和/或接收辅助控制信号；以及
处理器，可操作地联接至所述收发器，以生成和/或处理所述辅助控制信号；以及
输出接口，用于将主电力、备用电力、具有编码的主控制信号的主音频信号、辅助音频信号和辅助控制信号传送到每个外部音频装置；
其中，提供所述主电力、备用电力、主音频信号、辅助音频信号、主控制信号和辅助控制信号，使得所述外部音频装置能够分别地：
在主电力故障的情况下，从主电力切换到备用电力；
在主音频信号故障的情况下，从主音频信号切换到辅助音频信号；以及
在主控制信号故障的情况下，从主控制信号切换到辅助控制信号。
2.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，还包括不间断电源，所述不间断电源用于生成所述备用电力，
其中，所述不间断电源配置成从所述外部电源电力接收电力。
3.根据权利要求2所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述不间断电源还配置成用于将所述备用电力提供给不存在于所述外部音频装置内的一个或多个附加电子装置。
4.根据权利要求3所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述附加电子装置选自放大器、DSP电子器件和网络部件。
5.根据权利要求2所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述不间断电源配置成提供用于所述外部音频装置的电子部件的被选子集的备用电力，而不将全部备用电力提供给所述外部音频装置的放大器。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述不间断电源配置成以用于将备用电力提供给一个或多个非放大器电子部件的在线模式操作。
7.根据权利要求6所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述非放大器电子部件中的一个或多个为用于在电力故障的情况下维持网络连接性的网络部件。
8.根据权利要求6所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述不间断电源配置成将备用电力提供给所述外部音频装置内电力要求小于被选阈值的部件。
9.根据权利要求8所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述阈值约为100W。
10.根据权利要求8所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述阈值约为50W。
11.根据权利要求2至5中任一项所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述不间断电源被配置成以离线模式操作，其中，所述处理器配置成控制提供给所述外部音频装置的所述一个或多个电子部件的所述电力，以使得在不存在所述外部电源电力的情况下，所述备用电力被提供给所述一个或多个电子部件。
12.根据权利要求11所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述一个或多个电子部件包括一个或多个放大器。
13.根据权利要求12所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述备用电力在适于关闭所述放大器的持续时间内提供给所述放大器，而没有实质的音频失真。
14.根据权利要求12所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述处理器配置成：
基于测量的信号检测电力故障的发生；以及
在电力故障的情况下，将指令发送至一个或多个放大器控制器，以关闭所述外部音频装置内的所述放大器。
15.根据权利要求14所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述处理器配置成检测所述电力故障并且在大约比通过所述音频、控制和电力分配系统发送的最低频率的一个周期短的持续时间内将所述指令发送至所述一个或多个放大器控制器。
16.根据权利要求12所述的音频、控制和电力分配系统，其中，提供给所述放大器的所述备用电力是在正常操作期间所述放大器所需的电力的一小部分。
17.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述输出接口包括至少一个集成连接件，所述至少一个集成连接件用于将所述主电力、所述音频信号和所述控制信号提供给所述外部音频装置中至少之一。
18.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，还包括用于接收外部控制信号的一个或多个控制输入接口。
19.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，还包括连接至或可连接至所述处理器的显示装置，其中，所述显示装置配置成提供用户界面，所述用户界面用于交互地观察和操作所述音频、控制和电力分配系统控制与分配系统和连接至所述系统的所述外部音频装置的方面。
20.根据权利要求19所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述显示装置能够经由无线接口连接至所述处理器。
21.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，还包括用于从用户接收控制指令的输入装置，其中，所述处理器配置成通过所述控制信号将所述控制指令发送给所述外部音频装置中的控制器。
22.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述音频、控制和电力分配系统的部件设置在单个机箱中。
23.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述音频、控制和电力分配系统配置为主音频、控制和电力分配单元和一个或多个从音频、控制和电力分配单元，其中，每个所述从音频、控制和电力分配单元包括至少一个集成输出连接件。
24.根据权利要求23所述的音频、控制和电力分配系统，其中，每个所述从音频、控制和电力分配单元中设置有一个输入电力接口和一个或多个输入音频连接件，以及其中所述主音频、控制和电力分配单元配置成发送和接收每个所述从音频、控制和电力分配单元的控制信号。
25.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，还包括所述一个或多个外部音频装置，其中，所述外部音频装置中的一个或多个外部音频装置包括：
至少一个监测装置；以及
外部收发器，用于通过所述控制信号发送从所述监测装置获得的信息。
26.根据权利要求25所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述处理器配置成：
基于通过所述控制信号发送的所述信息监测电力故障；以及
在电力故障的情况下，将指令发送给一个或多个放大器控制器，以关闭所述外部音频装置内的所述放大器。
27.根据权利要求25所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述外部音频装置中的所述一个或多个外部音频装置还包括：用于响应于通过所述控制信号提供的指令控制位于所述外部音频装置内的电子部件的控制器。
28.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，其中，系统配置成监测与所述电源电力相关联的一个或多个参数。
29.根据权利要求28所述的音频、控制和电力分配系统，其中，与所述电源电力相关联的所述一个或多个参数选自电源正弦波的频率、电流、电压和品质/失真。
30.根据权利要求28所述的音频、控制和电力分配系统，其中，与所述电源电力相关联的所述一个或多个参数包括所述系统的电源电力消耗。
31.根据权利要求28所述的音频、控制和电力分配系统，其中，与所述电源电力相关联的所述一个或多个参数能够通过与所述系统相连接的用户界面显示给用户。
32.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，其中，集成输出接口包括多个集成输出连接件，其中每个集成输出连接件配置成连接到单个集成线缆，用于传送主电力、备用电力、主音频信号、辅助音频信号、主控制信号和辅助控制信号到给定的外部音频装置。
33.根据权利要求1所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述备用电力由外部不间断电源提供。
34.一种用于操作一个或多个外部音频装置的音频、控制和电力分配系统，包括：
输入电力接口，用于接收外部电源电力以及基于所述外部电源电力提供用于一个或多个音频装置的主电力；
一个或多个输入音频接口，用于接收音频信号；
输出接口，设置成用于外部音频装置，其中所述输出接口配置成将所述主电力、所述音频信号和控制信号提供给所述外部音频装置；
收发器，用于发送和/或接收所述控制信号；以及
处理器，可操作地联接至所述收发器，以生成和/或处理所述控制信号；
不间断电源，所述不间断电源用于生成备用电力，所述备用电力用于所述外部音频装置的一个或多个电子部件，其中，所述不间断电源配置成从所述外部电源电力接收电力，以及其中所述输出接口还配置成将所述备用电力提供给所述外部音频装置；
其中，所述不间断电源配置成以用于将备用电力提供给一个或多个非放大器电子部件的在线模式操作；以及
其中，所述不间断电源配置成将备用电力提供给所述外部音频装置内电力要求小于被选阈值的部件。
35.根据权利要求34所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述不间断电源配置成以用于将备用电力提供给所述外部音频装置的放大器的离线模式操作。
36.根据权利要求35所述的音频、控制和电力分配系统，其中，所述处理器配置成：
基于测量的信号检测电力故障的发生；以及
在电力故障的情况下，将指令发送至一个或多个放大器控制器，以关闭所述外部音频装置内的所述放大器；其中，所述指令在适于关闭所述放大器的持续时间内发送给所述放大器，而没有实质的音频失真；所述持续时间为大约比通过所述音频、控制和电力分配系统发送的最低频率的一个周期短的持续时间；以及
其中，所述处理器配置成控制提供给所述外部音频装置的放大器的所述电力，以使得在不存在所述外部电源电力的情况下，所述备用电力在适于关闭所述放大器的持续时间内提供给所述放大器，而没有实质的音频失真。
37.一种用于操作一个或多个外部音频装置的音频、控制和电力分配系统，包括：
输入电力接口，用于接收外部电源电力以及基于所述外部电源电力提供用于一个或多个音频装置的主电力；
一个或多个输入音频接口，用于接收音频信号；
输出接口，设置成用于外部音频装置，其中所述输出接口配置成将所述主电力、所述音频信号和控制信号提供给所述外部音频装置；
收发器，用于发送和/或接收所述控制信号；以及
处理器，可操作地联接至所述收发器，以生成和/或处理所述控制信号；
不间断电源，所述不间断电源用于生成备用电力，所述备用电力用于所述外部音频装置的一个或多个电子部件，其中，所述不间断电源配置成从所述外部电源电力接收电力，以及其中所述输出接口还配置成将所述备用电力提供给所述外部音频装置；
其中，所述不间断电源配置成以用于将备用电力提供给所述外部音频装置的放大器的离线模式操作；
其中，所述处理器配置成：
基于测量的信号检测电力故障的发生；以及
在电力故障的情况下，将指令发送至一个或多个放大器控制器，以关闭所述外部音频装置内的所述放大器；其中，所述指令在适于关闭所述放大器的持续时间内发送给所述放大器，而没有实质的音频失真；所述持续时间为大约比通过所述音频、控制和电力分配系统发送的最低频率的一个周期短的持续时间；以及
其中，所述处理器还配置成控制提供给所述外部音频装置的放大器的所述电力，以使得在不存在所述外部电源电力的情况下，所述备用电力在适于关闭所述放大器的持续时间内提供给所述放大器，而没有实质的音频失真。
38.一种用于提供冗余的电力、音频和控制到一个或多个外部音频装置的音频、控制和电力分配系统，所述音频、控制和电力分配系统包括：
输入电力接口，用于接收外部电源电力以向所述一个或多个外部音频装置提供主电力；
多个输入音频接口，用于接收主音频信号和辅助音频信号；
收发器，用于发送和/或接收主控制信号和辅助控制信号；
处理器，可操作地联接至所述收发器，以生成和/或处理所述主控制信号和辅助控制信号；以及
输出接口，用于将主电力、备用电力、主音频信号、辅助音频信号、主控制信号和辅助控制信号传送到每个外部音频装置；
其中，提供所述主电力、备用电力、主音频信号、辅助音频信号、主控制信号和辅助控制信号，使得所述外部音频装置能够分别地：
在主电力故障的情况下，从主电力切换到备用电力；
在主音频信号故障的情况下，从主音频信号切换到辅助音频信号；以及
在主控制信号故障的情况下，从主控制信号切换到辅助控制信号。
39.一种用于提供冗余的电力和音频到一个或多个外部音频装置的音频、控制和电力分配系统，所述音频、控制和电力分配系统包括：
输入电力接口，用于接收外部电源电力以向所述一个或多个外部音频装置提供主电力；
多个输入音频接口，用于接收主音频信号和辅助音频信号；
收发器，用于发送和/或接收控制信号；
处理器，可操作地联接至所述收发器，以生成和/或处理所述控制信号；以及
输出接口，用于将主电力、备用电力、主音频信号、辅助音频信号和控制信号传送到每个外部音频装置；
其中，提供所述主电力、备用电力、主音频信号、辅助音频信号和控制信号，使得所述外部音频装置能够分别地：
在主电力故障的情况下，从主电力切换到备用电力；
在主音频信号故障的情况下，从主音频信号切换到辅助音频信号。
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